韩国研究人员开发出纤维增强复合材料的设计方案 可降低汽车能耗

据外媒报道，韩国光州科学技术研究所的研究人员开发出了一种人工智能辅助设计FRC结构的方案。这种方案具有随空间变化的最佳纤维尺寸，使得FRC在不影响其机械强度和刚度的情况下更轻，从而降低汽车、飞机等交通工具的能耗。

(来源:光州科学技术院)

纤维增强复合材料(FRC)是一种复杂的工程材料，由刚性纤维嵌入柔性基体组成。如果设计得当，FRC可以为其重量提供优异的结构强度和刚度，可用于飞机、航天器等需要轻质结构的交通工具。

虽然FRC有很多好处，但是在很多方面还是有局限性的。比如它的设计采用的是半径不变，纤维密度空间固定的纤维，所以必须在重量和机械强度之间取得平衡。简而言之，目前可用的FRC的重量比实际应用标准更重。

为了解决这一问题，韩国光州科学技术院Jaewook Lee教授领导的国际研究团队开发了一种纤维尺寸和方向空间变化的FCR逆向设计新方法，也称为“功能梯度复合材料”。该方法基于“多尺度拓扑优化”，允许在给定设计参数和约束的情况下自动找到最佳功能分层复合结构。

Lee教授说:“拓扑优化是一种基于人工智能的设计技术。最佳的结构形状可以基于计算机模拟产生，而不是依赖于设计者的直觉和经验。另一方面，多尺度法是一种数值方法，通过组合不同尺度下的分析结果得到结构特征。”不同于现有的类似方法仅限于二维功能梯度复合材料，这种新方法可以同时确定最优的三维复合材料结构及其微尺度纤维密度和纤维取向。

在几个计算机辅助实验中，研究小组比较了纤维尺寸不变或变化的各种功能梯度复合材料设计，从而证明了其方法的潜力。实验包括双臂曲柄、位移转换机构和简单支撑梁的设计。如预期的那样，结果，改进了本地定制光纤尺寸的设计性能。

车辆、飞机和机器人的许多应用都受益于轻量化结构，此次提出的新方法可以帮助工程师实现目标。但是这种方法的优点不止于此。李教授说:“通过减轻重量和帮助开发更节能的车辆和机械，我们的方法可以减少能源消耗，从而有助于实现碳中和。”据外媒报道，韩国光州科学技术研究所的研究人员开发出了一种人工智能辅助设计FRC结构的方案。这种方案具有随空间变化的最佳纤维尺寸，使得FRC在不影响其机械强度和刚度的情况下更轻，从而降低汽车、飞机等交通工具的能耗。

(来源:光州科学技术院)

纤维增强复合材料(FRC)是一种复杂的工程材料，由刚性纤维嵌入柔性基体组成。如果设计得当，FRC可以为其重量提供优异的结构强度和刚度，可用于飞机、航天器等需要轻质结构的交通工具。

虽然FRC有很多好处，但是在很多方面还是有局限性的。比如它的设计采用的是半径不变，纤维密度空间固定的纤维，所以必须在重量和机械强度之间取得平衡。简而言之，目前可用的FRC的重量比实际应用标准更重。

为了解决这一问题，韩国光州科学技术院Jaewook Lee教授领导的国际研究团队开发了一种纤维尺寸和方向空间变化的FCR逆向设计新方法，也称为“功能梯度复合材料”。该方法基于“多尺度拓扑优化”，允许在给定设计参数和约束的情况下自动找到最佳功能分层复合结构。

李教授说:“拓扑优化是一种设计技术……基于人工智能的逻辑。最佳的结构形状可以基于计算机模拟产生，而不是依赖于设计者的直觉和经验。另一方面，多尺度法是一种数值方法，通过组合不同尺度下的分析结果得到结构特征。“不同于现有的类似方法仅限于二维功能梯度复合材料，这种新方法可以同时确定最优的三维复合材料结构及其微尺度纤维密度和纤维取向。

在几个计算机辅助实验中，研究小组比较了纤维尺寸不变或变化的各种功能梯度复合材料设计，从而证明了其方法的潜力。实验包括双臂曲柄、位移转换机构和简单支撑梁的设计。如预期的那样，结果，改进了本地定制光纤尺寸的设计性能。

车辆、飞机和机器人的许多应用都受益于轻量化结构，此次提出的新方法可以帮助工程师实现目标。但是这种方法的优点不止于此。李教授说:“通过减轻重量和帮助开发更节能的车辆和机械，我们的方法可以减少能源消耗，从而有助于实现碳中和。”

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